[發明專利]深度學習增強的里德堡原子多頻率微波接收器及探測方法

有效

• 申請號: 202110636376.1
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113376445B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 丁冬生;史保森
• 申請（專利權）人: 合肥衡元量子技術有限公司
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明提供一種深度學習增強的里德堡原子多頻率微波接收器及探測方法，包括激光器，偏振分束器將激光器的入射光分為平行的兩束光，一束為探測光，另一束為參考光；這兩束光的偏振方向相互正交；兩束光經過第一個二向色鏡透射進入銣泡；探測光與參考光最終被差分光電探測器接收；還包括耦合光，光路上依次經過第二個二向色鏡、銣泡、第一個二向色鏡，耦合光經過第二個二向色鏡反射后進入銣泡，并與探測光反向重合，然后被第二個二向色鏡反射；銣泡外側有喇叭，用于加載多頻率微波信號到銣泡的原子上。本發明頻分復用的信號的個數可達20個，從而提高信息傳輸速率，對輸入信號快速響應，能夠將多頻率的頻譜一次就全部檢測出來。

技術領域

本發明屬于微波電場傳感器技術領域，具體涉及一種深度學習增強的里德堡原子多頻率微波接收器及探測方法。

背景技術

隨著微波技術的發展(雷達，5G,WiFi等)，對于微波接收器的要求越來越高，傳統接收器天線的尺寸隨著微波波長的增加而增加。而近年來提出的里德堡原子接收器的尺寸不受制于微波波長，并且里德堡原子由于其偶極矩很大，因此對于微波信號非常敏感，可以用來作為高精度以及高敏感的微波接收器，另外，由于原子有很多不同的里德堡態，可以用來接收不同頻率的微波信號。

文獻[Appl.Phys.Lett.114,114101(2019)]中報道了基于里德堡原子對于兩個微波信號的相對相位信號的探測。但是文獻中僅能對兩個微波信號間的相對相位進行探測，不能探測多個微波信號間的相位，沒有可擴展性。信號頻帶利用率不高。

文獻[IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,vol.18,no.9,pp.1853-1857,Sept.2019]在此基礎上提出利用兩個微波信號間的相位傳遞信息，進行數字通信。其中，文獻記載了利用里德堡原子接收相移鍵控信號以及正交振幅調制信號的實驗。但是接收裝置復雜，將不同頻分復用信號分開時，使用了帶通濾波器。文獻出于演示目的，僅展示了兩個頻分復用信號，如果使用多個頻分復用信號，則需要多個帶通濾波器。

發明內容

本發明提出利用里德堡原子以及深度學習模型解碼頻分復用相移鍵控信號(FDM-2PSK)。發明由里德堡原子和深度學習模型組成。多頻率微波信號通過喇叭加載到里德堡原子上影響探測光的透射譜，然后將透射譜輸入到訓練好的深度學習模型中，模型輸出微波信號間的相對相位，將原始信號解調出來。

具體的技術方案為：

深度學習增強的里德堡原子多頻率微波接收器，包括激光器，激光器的光路上依次包括半波片、偏振分束器、第一個二向色鏡、銣泡、第二個二向色鏡、差分光電探測器；

偏振分束器將激光器的入射光分為平行的兩束光，一束為探測光，另一束為參考光；這兩束光的偏振方向相互正交；兩束光經過第一個二向色鏡透射進入銣泡；探測光與參考光最終被差分光電探測器接收；

還包括耦合光，光路上依次經過第二個二向色鏡、銣泡、第一個二向色鏡，耦合光經過第二個二向色鏡反射后進入銣泡，并與探測光反向重合，然后被第二個二向色鏡反射；

銣泡外側有喇叭，用于加載多頻率微波信號到銣泡的原子上。

半波片用于改變光線偏振方向，與偏振分束器組合調節偏振分束器分出的兩束光的相對光強。

喇叭加載的多頻率微波信號傳播方向與探測光垂直。

激光器發出的為795nm的激光；耦合光為474nm激光。

激光器發出的激光由偏振分束器分為平行的兩束穿過銣泡，一束為探測光，另一束為參考光；耦合光與探測光反向重合，原子經過雙光子過程被激發為里德堡態；

探測光與參考光最終被一個差分光電探測器接收，差分光電探測器的輸出信號就是探測光的透射譜；